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研究探讨
年来，调车作业情况复杂、完全依靠人控，调车作业中闯蓝灯、挤道岔、越出站界、破坏列 车进路等事故时有发生，尤以本务机车最为突出。随着专调机车陆续加装无线调车机车信号和监控系统（STP），专调机车作业安全得到极大保证。相对而言，本务机车调车作业无任何技防手段，调车作业事故多发的现状没有得到根本性改善，急需加装先进实用的技防设备，提高本务机车段内走行、站内转线、中间站调车等调车作业安全系数，防止惯性事故、恶性事故的发生。 1 本务机车运用现状
1.1 调车作业场景
调车作业是除列车运行以外，机车车辆在站线或其他线路上进行一切有目的的移动，是车站特别是技
术站的重要生产活动，包括列车编组、解体、摘挂、转线，车辆取送、转场、调移，以及机车出入段、中间站转线等。
1.1.1 出入段作业
本务机车出入段作业是担任列车牵引任务的本务机车在机务段内整备作业完毕后，根据机车交路出段担任牵引任务，或完成牵引任务到达机车交路的终点站后，本务机车需入段进行整备技术作业，包括段内、站内单机走行和转线，也会临时执行本列车辆的甩挂作业。
1.1.2 中间站调车作业
担任客货列车牵引任务的本务机车，尤其是小运转列车、摘挂列车等在中间站有时需利用本务机车进行调车作业。中间站调车作业为平面牵出作业，需甩挂车辆、对货位、专用线取送等。调车场景包括：
（1）调车到牵出线、尽头线作业时接近土挡；（2）调车接近站界、越出站界、跟踪出站；（3）调车进出专用线，经过电气集中与非电气集中转换区；
本务机车调车作业安全辅助防护系统方案研究
冯振兴
（中国铁路总公司 机辆部，北京 100844）
摘 要：通过研究本务机车调车作业现状和安全防护需求，提出采集站场、机务段内调车进路信息，通过铁路专用网络（GSM-R）或移动公网虚拟专网发送至车载设备后，结合卫星定位技术，实时计算本务机车调车作业运行前方调车进路，最终由LKJ 实现调车作业的防冒、防超和防撞等安全防护控制的系统方案。 关键词：本务机车；调车作业；安全防护；卫星定位；LKJ
基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2017X007-E）作者简介：冯振兴（1975—），男，高级工程师。E-mail：****************
多中图分类号：U268 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2019）05-0073-09DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2019.05.073
本务机车调车作业安全辅助防护系统方案研究 冯振兴
（4）调车经过道岔特殊限速地点；
（5）调车接近接触网终点标；
（6）调车经过一些安全关键信号机与安全关键地点等。
1.1.3 其他调车作业
本务机车除担任牵引客货列车任务外，还需承担一些临时性任务，如担当列车救援任务进入区间、牵引施工路用列车等，担当救援任务时从自动闭塞区段反方向进入区间需将LKJ转入调车模式，路用列车在施工地段也会根据需要将LKJ转入调车模式进行控制。
1.2 调车作业方式和现有技防手段
在出入段作业、中间站调车作业、担当救援或路用列车任务等场景下，本务机车调车作业方式及现有技防手段主要有以下几方面：
（1）出入段作业。从机务段到货车编组场、客运技术作业站，本务机车属于调车作业状态，需将LKJ 转入调车模式。在本务机车出入段作业过程中，除正常单机走行外，还有利用尽头线转线、接近站界转线、接近接触网终点标转线、途经电力机车禁停区、途经设置点、途经特殊调车信号机、途经限速区段等作业场景，作业条件复杂，安全风险较大，目前没有可靠实用的技防手段，完全采用机车乘务员瞭望信号、控制速度等人控方式。
（2）中间站调车作业。本务机车中间站调车作业目前主要采用无线调车灯显设备，虽能及时显示调车组指令，但仅能卡控调车作业速度，不能复示地面调车信号显示，对站界、土挡等安全关键点仍只能依靠机车乘务员瞭望确认等人控方式，无其他可靠实用的技防手段与安全装备。
（3）其他调车作业。本务机车在承担临时性任务（如单机进入区间执行列车救援任务、牵引施工路用列车）时，既有调车作业方式，又有列车运行模式，也无任何技防手段，安全卡控主要依赖机车乘务员。
2 需求分析
根据对现有本务机车调车作业场景和作业方式的分析，实现调车作业的安全防护控制，主要应满足以下5个方面的需求：
（1）地面调车信号显示状态在本务机车车载复示的需求。本务机车调车作业受站场环境复杂、机车乘务员对站场不熟悉、瞭望条件有限等因素影响，机车乘务员容易误认地面调车信号造成作业事故。若地面调车信号在机车上实现复示，将大大提高信号确认的安全性。
（2）获取站界、土挡、接触网终点标等关键点位置的需求。实现对调车信号、站界、土挡、接触网终点标等关键点进行防护，首先要求获取这些点的精准位置信息，才能实时结合机车位置实现距离防护功能。
（3）调车作业防冒、防撞、防超的安全防护需求。调车作业过程中，主要有越过关闭调车信号、越出站界、越过接触网终点标等冒进风险，侧面冲突、轧、冲撞土挡等冲突风险，超过规定速度通过限速区段、特殊道岔等超速风险，应通过LKJ设备的解除牵引力、常用或紧急制动控制功能，实现调车作业防冒、防撞、防超的安全防护，最大限度实现机控。
（4）语音（声音）警示功能需求。通过机车既有LKJ显示器，实现本务机车在上述防冒、防撞和防超控制时，提前进行报警提示，警示机车司机控制运行速度，防止越过目标地点，实现设备安全控制。
（5）相关数据记录分析需求。对调车作业全过程进行记录，记录下载后可进行回放分析，为机务调车作业安全管理、事故分析提供条件及依据。
3 目标和要求
3.1 总体目标
通过获取站场信息和机车精确位置，综合处理形成本务机车调车作业所需的安全防护控制信息，并结合LKJ实现本务机车调车防冒、防撞和防超的功能，解决目前本务机车调车作业缺乏有效技防手段的问题，降低调车作业安全风险。
3.2 总体要求
（1）安全可靠地实现本务机车调车作业安全防护功能；
（2）机车定位精度高、实时性强，防护关键点准确识别；
（3）车地信息交互及时、准确，网络传输安全可靠；
（4）人机界面简洁、友好，易于操作人员使用；
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（6）充分考虑模块化和可扩展性，便于设备的管理、扩展、维修；
（7）设备稳定性和电磁兼容性好，满足实际环境要求；
（8）安装调试简便，建设周期短。
4 方案设计
4.1 系统架构
本务机车调车作业安全辅助防护系统（简称系统）架构见图1。系统由3部分构成：地面中心设备、站段地面设备和车载设备。
4.1.1 地面中心设备
地面中心设备主要包括地面中心服务器和相关监控终端，由中国铁路总公司（简称总公司）、铁路局集团公司2级地面设备组成。设在总公司的设备包括远程监控服务器和终端设备，设在各铁路局集团公司的设备包括站场信息接口服务器、地面服务器组和监控终端等设备[1]。
（1）总公司远程监控服务器和终端设备。总公司的远程监控服务器用于远程查询和显示各铁路局集团公司本务机车调车作业安全辅助防护系统作业和调车过程控制状态。
参考站
TDCS/CTC 总公司远程监控服务器
接口服务器股道自动化系统
站场信息
图1 本务机车调车作业安全辅助防护系统架构
本务机车调车作业安全辅助防护系统方案研究 冯振兴
（2）铁路局集团公司站场信息接口服务器。站场信息接口服务器主要负责与TDCS/CTC 系统进行接口，获取道岔、轨道区段和调车信号等联锁信息，并转换成特定数据格式后发送至铁路局集团公司地面服务器组。
（3）铁路局集团公司地面服务器组。地面服务器组由通信服务器、系统服务器等组成。通信服务器负责中心地面设备对外信息交互，主要与站段地面设备通信获取卫星地基参考站的北斗差分信息，与车站和机务段的站场信息接口服务器获取非TDCS 系统车站或机务段地面联锁信息，与MTUP 平台接口实现与车载设备的数据交互。系统服务器主要功能是进行功能应用计算、北斗地基参考站管理及差分数据转发、站场数据管理和系统管理，并为铁路局集团公司监控终端实时提供管辖范围内的站场、机车等信息显示。
4.1.2 站段地面设备
站段地面设备主要由车站设置的卫星地基参考站、非TDCS 系统车站和机务段设置的站场信息接口服
务器等接口设备组成。
（1）卫星地基参考站。用于提供一定区域（半径30 km 左右）的卫星差分定位数据。
（2）站场信息接口服务器。非TDCS 系统车站的站场信息接口服务器用于与车站联锁系统设备接口，获取车站联锁信息；机务段站场信息接口服务器用于与机务段的联锁系统或股道自动化系统接口，获取机务段内的联锁信息。对于无股道自动化系统的机务段，不设置站场接口服务器，系统仅实现除信号防护外的安全防护控制。
4.1.3 车载设备
车载设备与地面中心设备优先采用GSM-R 网络通信，移动公网虚拟专网通信为补充，并预留数传电台
通信方式。车载设备实时接收地面系统发送的站场联锁信息和调车进路信息，并将车载北斗定位模块的位置信息与地面中心设备交互，获取地面中心设备计算的机车精确位置信息（定位精度误差不大于30 cm）。车载设备将调车进路信息及机车精确位置信息通过LKJ 接口插件发送至LKJ，由LKJ 进行控车防护。车载设备由组合天线、调车防护主机组成：
（1）组合天线。车载天线使用四合一组合天线，由卫星定位天线、GSM-R 天线、公网移动通信天线及数传电台通信天线组成，用于收发GPS/BDS 信号及GSM-R、3G/4G 和数传电台的通信信号。
（2）调车防护主机。调车防护主机具备GPS/BDS 定位、GSM-R 通信、3G/4G 通信及数传电台通信功能，通过GPS/BDS 定位模块获取机车卫星定位信息，通过GSM-R、移动公网虚拟专网或数传电台通信模块获取
调车进路信息、站场图数据、机车精确定位信息等。
调车防护主机配置LKJ 接口插件，专用于与LKJ 系统通信，实现与LKJ 系统的物理隔离。调车防护主机将获取的调车进路信息、站场图数据、机车精确定位信息等通过该LKJ 接口插件发送至LKJ 系统。
4.2 系统网络通信
系统中车载设备、站段地面设备和地面中心设备间需要实时进行数据交互，网络通信是整个系统的基础保障，需满足传输及时、准确和安全的要求。
根据目前铁路既有应用的通信网络情况分析，可采用GSM-R [2]、移动公网虚拟专网[3]、无线数传电台、WLAN 等通信方式[4]，综合分析比较见表1。
综合考虑网络覆盖范围、传输速率、投资成本、通信安全性、扩展性等因素，优先采用GSM-R 作为系
统车地通信通道，并以移动公网虚拟专网通信网络作
表1 通信方式综合分析比较
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为补充，预留无线数传电台通信功能。
系统网络通信部署方式如下：
（1）与TDCS 通信。系统从TDCS 接收站场实时数据。在TDCS 网络内设置站场信息接口服务器，该接口服务器从TDCS 数据网络获取TDCS 的站场实时数据，并通过专线将数据发送至系统站场信息接口服务器，经接口服务器处理转换成特定专用数据格式。
（2）与车载设备通信。车载设备通过铁路专网或移动公网虚拟专网，经铁路网络安全平台接口实现与地面中心设备的实时信息数据传输交互。
（3）站段地面设备与地面中心设备通信。站段地面设备通过铁路内网与地面设备通信，在特殊条件下不具备铁路内网接入条件的，站段地面设备通过GSM-R 或移动公网虚拟专网接入铁路网络安全平台，与地面中心设备进行卫星差分信息和站段联锁信息的传输。
4.3 站场联锁信息采集
连锁系统系统实现调车作业安全辅助防护的关键是判别调车作业进路、调车信号，其首要条件是站场联锁信息
的实时采集，可选用的数据采集接口设备有：TDCS/CTC、计算机联锁、集中监测等。系统可与既有铁路TDCS/CTC [5]、车站计算机联锁系统和集中监测系统接口获取车站联锁信息，综合分析比较见表2。
综合考虑数据接口范围、维护性、信息实时性、系统投资及系统采集延时等因素，系统主要通过TDCS/CTC 采集站场联锁信息。对于非TDCS 车站，通过增设站场信息接口服务器与车站联锁系统接口获取站场联锁信息；对于机务段，通过增设站场信息接口服务器与机务段TDCS 或股道自动化系统接口获取机务段内的站场联锁信息。
通过TDCS/CTC 采集站场联锁信息的接口、传输信息内容及传输方式的设计如下（非TDCS/CTC 车站及机务段内的联锁信息采集方式参照执行）。
4.3.1 接口设计
在铁路局集团公司TDCS/CTC 中心子系统中部署站场信息接口服务器，采用TCP/IP 网络协议进行数据传输。系统只单向接收TDCS/CTC 数据，不向TDCS/CTC 发送数据。
为保证对TDCS/CTC 网络的安全防护，TDCS/CTC 内网的接口服务器与本系统站场信息接口服务器间使用非以太网络信道专线进行连接；在TDCS/CTC 侧及系统侧均设置防火墙，TDCS 侧防火墙设置禁
止接入规则，在系统侧防火墙设置禁止连出规则，且仅设置单一准入端口用于接收TDCS/CTC 接口服务器发送的特定格式数据信息；系统侧接口服务器的硬盘增加逻辑锁保护，保证非管理者无法变更接口服务器的软件配置和接口服务器不被恶意篡改。
4.3.2 传输信息内容
基本通信内容为铁路局集团公司TDCS/CTC 所有车站的联锁信息，用以反映各站场联锁元素状态，各站场联锁信息包括：
（1）列车信号机状态：列车信号开放、调车信号开放、引导信号。
（2）调车信号机状态：调车信号开放。（3）道岔状态：定表、反表。（4）区段状态：占用、锁闭。
4.3.3 信息传输方式
TDCS 铁路局集团公司查询子系统以固定周期向系
统站场信息接口服务器发送站场表示信息帧。正常情
表2 数据采集方式综合分析比较
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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